[發(fā)明專利]一種飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110322829.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN113109188A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚德廣;夏禹;尹翔;薛龍;周雪鵬;侯庚;王松光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/32
• 分類號(hào): G01N3/32
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置，屬于疲勞監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域；此監(jiān)測裝置包括試驗(yàn)件和應(yīng)變采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理主控器、工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口和智能終端。裝置的數(shù)據(jù)處理主控器控制應(yīng)變信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)化和傳輸，將監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)變信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)街悄芙K端，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測。該監(jiān)測裝置完成了飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)模擬件的在線監(jiān)測測試，結(jié)果表明在線監(jiān)測裝置能夠準(zhǔn)確的預(yù)測裂紋的擴(kuò)展趨勢和裂紋的擴(kuò)展壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置，屬于疲勞監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性的實(shí)現(xiàn)貫穿飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程，其中結(jié)構(gòu)壽命的可靠性是其重要組成部分。以往的飛機(jī)疲勞裂紋監(jiān)測通常以機(jī)群中同型號(hào)的全部飛機(jī)作為整體按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，然而機(jī)群中同型號(hào)不同飛機(jī)的飛行任務(wù)、飛行小時(shí)不同，服役期間所造成的飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)損傷會(huì)有明顯區(qū)別；同時(shí)飛機(jī)結(jié)構(gòu)還存在著材料、制造質(zhì)量等個(gè)體差異，因此一種飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用是飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性的有力保障，其意義主要體現(xiàn)在進(jìn)一步保證飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的安全性、充分發(fā)揮每架飛機(jī)的壽命潛力并且保證了機(jī)群的作戰(zhàn)能力等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置，以廣泛的適用性實(shí)現(xiàn)多種飛機(jī)不同關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的疲勞裂紋監(jiān)測。該裝置安裝簡便、運(yùn)行穩(wěn)定且可靠性高，能實(shí)現(xiàn)大多數(shù)飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展監(jiān)測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件疲勞裂紋在線監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置包括試驗(yàn)件和應(yīng)變采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理主控器、工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口和智能終端。

用于監(jiān)測裝置測試的結(jié)構(gòu)為起落架梁模擬件，模擬件的材料為7B04鋁合金且表層涂有防銹漆，其無凸臺(tái)面的兩側(cè)缺口附近經(jīng)過了砂紙打磨和丙酮的擦拭處理。應(yīng)變采集單元使用的是應(yīng)變片，其沿軸向安置于起落架梁模擬件無凸臺(tái)面，位于距離應(yīng)力集中點(diǎn)位置35mm的裂紋擴(kuò)展延長線上，在試驗(yàn)進(jìn)行過程中，應(yīng)變片實(shí)時(shí)輸出0～5V電壓信號(hào)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用的是24位∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)前一量值與后一量值的差值大小來進(jìn)行量化編碼。轉(zhuǎn)換器由∑–△調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器這兩部分組成。首先∑–△調(diào)制器以極高的頻率對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行抽樣，通過對(duì)相鄰兩個(gè)樣本之間的差值進(jìn)行低位量化處理得到低位數(shù)碼表示的∑–△碼，然后將處理過的∑–△碼輸入到數(shù)字抽取濾波器中，經(jīng)過抽取濾波后從而得到高分辨率的線性脈沖編碼調(diào)制的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變電壓信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程。

數(shù)據(jù)處理主控器是疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置的核心模塊之一，主控器控制整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作，通過總線連接不同位置的多個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和控制，并且實(shí)時(shí)接收模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的應(yīng)變數(shù)字信號(hào)并向智能終端發(fā)送。數(shù)據(jù)處理主控器采用高性能32位航空級(jí)嵌入式微處理器，具備上電自啟動(dòng)、掉電記憶、多通道并發(fā)處理等功能。

疲勞裂紋擴(kuò)展在線監(jiān)測裝置將會(huì)被安置在飛機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件附近，裝置需要在高溫、腐蝕、粉塵、振動(dòng)和強(qiáng)電磁干擾等嚴(yán)苛工作環(huán)境下穩(wěn)定工作，因此在線監(jiān)測裝置采用通用的工業(yè)以太網(wǎng)，遵循TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與智能終端通訊。

智能終端對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理并根據(jù)裂紋擴(kuò)展監(jiān)測方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的裂紋在線監(jiān)測。在進(jìn)行模擬件監(jiān)測測試試驗(yàn)之前，首先需要通過有限元方法求解監(jiān)測點(diǎn)向裂紋尖端的理論應(yīng)力集中函數(shù)K_t(a)和切口根部半徑ρ作為裂紋擴(kuò)展計(jì)算參量。

在監(jiān)測測試試驗(yàn)開始后，智能終端的載荷處理模塊將對(duì)傳輸進(jìn)來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行閾值法濾波，過濾掉大部分的噪聲信號(hào)和對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展幾乎沒有影響的小載荷；然后，運(yùn)用均方根模型將濾波后的隨機(jī)變幅載荷等效為恒幅載荷并考慮平均應(yīng)力的影響；